Текст книги "Межпланетные путешествия. Полёты в мировое пространство и достижение небесных тел"

Автор книги: Яков Перельман

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 9 страниц) [доступный отрывок для чтения: 4 страниц]

VI
Вопреки тяжести. – На волнах света

Из трех мыслимых способов борьбы с тяготением мы рассмотрели и отвергли два: способ защиты от тяготения и способ ослабления земной тяжести. Мы убедились, что ни тот, ни другой не дают человечеству надежды успешно разрешить заманчивую проблему межпланетных полетов. Бесплодны всякие попытки укрытьсяот силы тяготения; безнадежно стремление ослабитьнапряжение тяжести. Остается одно: искать средство преодолетьтяготение и покинуть нашу планету вопрекиее притяжению.

Проектов подобного рода существует несколько. Для умов, практически настроенных, они, без сомнения, интереснее всяких других, так как их авторы не измышляют никаких фантастических веществ, в роде „экрана тяготения", не предлагают ни переделать земной шар, ни изменить скорость его вращения. Забегая вперед, я позволяю себе заинтриговать нетерпеливого читателя сообщением, что один из проектов типа: „вопреки тяжести" имеет шансы осуществиться в более или менее недалеком будущем.

Световое давление

Самый юный проект рассматриваемой категории предлагает воспользоваться для межпланетных перелетов давлением световых лучей. Лицам, мало знакомым с физикой, должно казаться невероятным, чтобы нежные, невесомые лучи света могли оказывать давлениена озаряемые ими предметы. Между тем, одной из величайших заслуг безвременно скончавшегося гениального русского физика П. Н. Лебедева было то, что он доказал на опыте существование отталкивающей силы лучей света. Свет есть явление волнообразное, а всякая волнующаяся среда оказывает давление на встречаемую преграду.

В посмертной работе своей о световом давлении проф. П. Н. Лебедев писал:

„Давление волнующейся жидкости на препятствия, задерживающие распространение волн, легко наблюдать, если во время купания (в ванне или в пруде) ритмическим движением руки возбуждать волны и заставлять их отражаться от плавающего тела (бруска дерева): как только волны дойдут до бруска и начнут от него отражаться, так тотчас же брусок начинает двигаться с заметною скоростью в направлении распространения волн. Если на поверхности воды плавают мелкие предметы (например, опилки), которые волн не задерживают, то легко видеть, что волны двигают их вверх и вниз, но не увлекают с собою, и что, следовательно, движение плавающего тела обусловлено только силами падающих на него волн, а не движением самой жидкости".

Всякое светящееся тело – будь то свеча на вашем столе, электрическая лампа, раскаленное солнце или даже темное тело, испускающее невидимые лучи – давит своими лучами на озаряемые им тела. П. Н. Лебедеву удалось измерить силу давления, оказываемого солнечными лучами на освещаемые ими земные предметы: в мерах веса она составляет около ½ миллиграмма для площади в квадратный метр. Если умножить полмиллиграмма на число квадратных метров озаряемой Солнцем половины земного шара, мы получим весьма внушительный груз: 3½ миллиона пудов!

Такова величина силы, с которой Солнце давлением своих лучей постоянно отталкивает нашу планету. Взятая сама по себе, эта сила огромна; она подавляет воображение. Но в мире все относительно, и если сравнить ее с величиною солнечного притяжения, то окажется, что сила в 3½ миллиона пудов не может иметь ни малейшего влияния на движение земного шара, ибо она в 60 биллионов раз слабее силы солнечного притяжения! Далекий Сириус, от которого свет странствует к нам 10 лет, притягивает Землю с гораздо большею силою – 600 миллионов пудов – между тем планета наша словно не чувствует этого!

Однако, чем меньше тело, тем большую долю силы притяжения составляет сила светового давления. И вы поймете, почему это, если вспомните, что притяжение пропорционально массе тела, световое же давление пропорционально его поверхности. Уменьшите мысленно земной шар так, чтобы поперечник его стал вдвое меньше. Объем, а следовательно и масса Земли уменьшатся в 2 X 2 X 2 = 8 раз, поверхность же уменьшится лишь в 2 X 2 = 4 раза; притяжение ослабеет в 8 раз – пропорционально уменьшению массы; световое же давление уменьшится соответственно поверхности, т.-е. всего лишь в 4 раза. Вы видите, что притяжение ослабело более значительно, чем световое давление. Уменьшите Землю еще вдвое – получится снова выгода в пользу светового давления.

Если вы будете продолжать и далее такое уменьшение, т.-е. будете достаточно долго длить это неравное состязание кубов с квадратами, то неизбежно дойдете до таких мелких частиц, для которых световое давление, наконец, сравняется с притяжением. Подобная частица не будет уже притягиваться Солнцем – притяжение уничтожится равным отталкиванием. Вычислено, что для шарика плотности воды это должно иметь место в том случае, если поперечник его равен ½ миллионной доли миллиметра.

Солнечное притяжение и солнечное отталкивание

Легко понять, что если подобный шарик будет еще меньше, то сила светового отталкивания превзойдет силу притяжения – и крупинка будет уже стремиться не к Солнцу, а от Солнца. Чем меньше крупинка, тем сильнее должна она отталкиваться от Солнца. Перевес силы давления над тяготением, конечно, выражается ничтожной дробью, но и ничтожность – понятие относительное. Масса той пылинки, которую движет эта сила, также ведь чрезвычайно мала; и мы не должны удивляться тому, что маленькая сила весьма маленькой массе сообщает огромную окорость – десятки, сотни и тысячи верст в секунду… Читатель узнает ниже, что достаточно сообщить телу секундную скорость в десять верст, чтобы отослать его с земной поверхности в межпланетное пространство. Значит, если ничтожная земная пылинка очутится почему-либо за пределами атмосферы, она тотчас же будет подхвачена световым давлением и увлечется им в мировое пространство, навсегда покинув породившую ее Землю. „Она будет мчаться с возрастающей скоростью все далее и далее к окраинам нашей планетной системы, пересекая орбиты Марса, астероидов, Юпитера и т. д. При скорости 500 верст в секунду микроскопическая пылинка в одни сутки пролетит путь, равный поперечнику земной орбиты; а через две недели она будет уже у крайней границы солнечной системы.

Два американских ученых, Никольс и Гулл, изучавшие этот вопрос одновременно с П. Н. Лебедевым, произвели следующий чрезвычайно поучительный опыт. В абсолютно пустую стеклянную трубку, имеющую перехват, как в песочных часах, они насыпали смесь прокаленных грибных спор и наждачного порошка. Прокаленные и, следовательно, превращенные в уголь грибные споры необычайно малы и легки: они не более 0,002 миллиметра в поперечнике и в десять раз легче воды. Поэтому, если направить на них сильный свет, сосредоточенный помощью зажигательного стекла [10]10
  Сосредоточенный пучок лучей, естественно, должен оказывать более сильное давление, нежели обыкновенный.


[Закрыть], то можно ожидать, что эти пылинки будут отталкиваться световыми лучами. Так действительно и происходило в опыте: когда смесь пересыпалась сквозь шейку перехвата, то направленный сюда свет (вольтовой дуги) отталкивал угольные пылинки, межу тем как более тяжелые частицы наждачного порошка падали отвесно.

Кометные хвосты

Загадочная особенность кометных хвостов, словно хвосты отталкиваемых Солнцем, по всей вероятности, объясняется именно лучевым давлением.

Об этом догадывался еще гениальный Кеплер, законодатель планетной системы, писавший три века тому назад следующие строки в своем трактате о кометах: „По натуре всех вещей полагаю, что, когда материя в пространство вселенной извержена бывает и сия пропускающая свет голова кометы прямыми лучами Солнца ударяется и пронизывается, то из внутренней материи кометы нечто им следует и тою же дорогою исходит, которой солнечные лучи пробивают и тело кометы освещают… Указание на причину, что из материи кометного тела нечто непрерывно изгоняется солнечными лучами силою оных, подал мне хвост кометы, о коем известно, что он всегда удаляется в сторону, противоположную Солнцу, и лучами Солнца формируется… Итак, нимало не сомневайся, читатель, что хвосты комет образуются Солнцем из материи, из головы изгнанной". Эти догадки Кеплера получили подтверждение (пока еще, впрочем, не окончательное) в работах последнего времени.

По способу мельчайших бактерий

Опыт, наглядно обнаруживающий давление световых лучей.

Легкие грибные споры в пустой трубке заметно отклоняются под давлением сосредоточенного пучка лучей, в то время как более тяжелые частицы наждачного порошка падают отвесно.

Опыт Никольса и Гулла

Лучи вольтовой дуги сосредоточиваются чечевицей в месте падения смеси грибных спор и наждачного порошка.

Доказано также, что отталкиваться лучами Солнца могут и микроскопические зародыши бактерий, если они очутятся в верхних, крайне разреженных слоях земной атмосферы.

Эти мельчайшие бактерии счастливее нас: они могут отдаваться увлекающему действию солнечных лучей и уноситься с невообразимой быстротой в безграничный простор вселенной…

Не может ли и человек воспользоваться тою же силою для межпланетных путешествий? Для этого не надо было бы непременно уменьшиться до микроскопических размеров – достаточно устроить снаряд с таким же выгодным отношением поверхности и массы, как у мельчайших пылинок, отталкиваемых лучами Солнца. Другими словами: озаряемая светом поверхность снаряда должна быть во столько же раз больше освещенной поверхности пылинки, во сколько раз вес снаряда больше веса этой пылинки.

Автор одного русского астрономического романа перенес своих героев на другие планеты именно в подобном снаряде. Его герои соорудили каюту из легчайшего материала, снабженную огромным, но легким зеркалом, которое можно было поворачивать на подобие паруса. Помещая зеркало под различными углами к солнечным лучам, пассажиры небесного корабля, смотря по желанию, либо ослабляли отталкивающее действие света, либо же совсем сводили его на нет, всецело отдаваясь притягательной силе. Они плавали взад и вперед по океану вселенной, посещая одну планету за другой.

Несбыточные надежды

В романе все это выходит правдоподобно и заманчиво. Но увы! Точный учет бесжалостно разрушает эту мечту, не оставляя и тени надежды на осуществление подобного проекта. Вычисление показывает, что зеркальная поверхность, площадью в один квадратный метр, должна весить всего миллиграмм, чтобы быть увлеченной в мировое пространство силою светового давления. До какой же неимоверной тонины нужно расплющить металл, чтобы квадратный метр его весил тысячную долю грамма! Даже для легчайшего металла, лития, это составило бы буквально толщину атома… Фантазия романиста пытается обойти это затруднение необоснованным допущением, что наука ошибается насчет истинной величины светового давления и что в действительности оно в тысячу раз более, чем мы полагаем. При таком допущении, – которое, к слову сказать, внесло бы изрядное расстройство в движение планет и особенно комет, – романисту (не без услужливой помощи крупной арифметической ошибки) удается соорудить межпланетный дирижабль, вполне пригодный для надобностей фантастического романа, но, к сожалению, совершенно неосуществимый в реальной действительности [11]11
  Что касается возможности разноса по вселенной зародышей жизни давлением солнечных лучей, то и эта теория должна считаться со многими затруднениями. „Перенос давлением световых лучей может теоретически совершаться с огромною скоростью, – пишет физик К. Э. Циолковский в статье „Зарождение жизни на Земле". Допустим, что при этом спора выдерживает и ультрафиолетовые лучи [убивающие бактерии] и температуру в 273° холода [господствующую в мировом пространстве]. Но, имея такую скорость, она со страшной силою ударится в атмосферу какой-либо планеты. Это должно повысить температуру споры на миллионы градусов, чего, конечно, она не выдержит. Правда, возможен редкий случай, когда споры, отталкиваемые светом иного светила, замедляют свой стремительный полет и безопасно спускаются на планету. Допустим и это.
  „Новое возражение дают точные расчеты. Чтобы лучи нашего Солнца могли преодолеть притяжение Земли, спора должна иметь диаметр только в 7 раз больший диаметра водородного атома. Так малы не могут быть зародыши жизни.
  „Если бы надо было осилить только тяготение Солнца, то спора могла бы иметь диаметр в 1 микрон (0,001 мм.). Это возможно. Но откуда появятся живые зародыши в межпланетном пространстве? Разве с малых планет, имеющих ничтожную силу притяжения. Если все это мы готовы допустить, то разнос зародышей возможен".


[Закрыть].

VII
Из пушки на Луну. – Теория

Небесные силы отказали нам в помощи. Остается расчитывать лишь на собственные силы, на могущество человеческой техники, преодолевшей уже не мало природных препятствий. Не найдем ли мы здесь достаточно могучего орудия, которое поможет нам разорвать оковы тяжести и ринуться в простор мироздания, чтобы исследовать иные миры?

Самая мощная машина

Надо было обладать оригинальным и смелым умом Жюля Верна, чтобы в смертоносном орудии – пушке – усмотреть средство вознестись живым на небо. Большинство людей не отдает себе отчета в том, что, с механической точки зрения пушка, – самая мощная из машин, созданных человеческой изобретательностью. Пороховые газы, образующиеся при выстреле в канале орудия, оказывают на снаряд давление в 2–3 тонны на квадр. сантиметр. Это в 2–3 раза превышает чудовищное давление водных масс в глубочайших пучинах океана. Чтобы оценить работоспособность современной пушки в единицах мощности, т. е. в лошадиных силах, рассмотрим 40-сантиметровое Крупповское орудие, выбрасывающее 40-пудовый снаряд (600 килограммов) с начальной скоростью 900 метров в секунду. „Живая сила" такого снаряда – полупроизведение массы на квадрат скорости – составляет около 24.000.000 килограммометров. Если принять во внимание, что такой огромный запас живой силы развивается в течение небольшой доли секунды – в данном случае 1/30, – то окажется, что секундная работа, выполняемая пушкой, то-есть ее мощность, определяется числом 10.000.000 лошадиных сил. Между тем мощность машин величайшего океанского парохода („Мажестик", 1922 г.) только 60.000 лош. сил; понадобилось бы около двухсот таких гигантских паровых двигателей, чтобы выполнить механическую работу, совершаемую пороховыми газами при каждом выстреле крупного орудия.

Мы видим, что не без основания французский романист предлагал именно с помощью пушки разрешить проблему заатмосферных полетов. В своих романах он оставил нам самый смелый и самый популярный проект межпланетных путешествий. Кто из нас в юности не путешествовал с его героями на Луну, поместившись внутри пушечного ядра?

Эта остроумная идея, разработанная покойным романистом в двух произведениях – „От Земли до Луны" и „Вокруг Луны", заслуживает гораздо большего внимания, чем то, которое обычно уделяется ей. Увлекшись фабулой романов, читатели склонны превратно оценивать их основную мысль, считая ее фантастичной там, где она вполне реальна, и, наоборот – реальной там, где она превращается в несбыточную мечту. Рассмотрим же поближе проект Жюля Верна, как чисто техническую идею, и постараемся выяснить, что в нем осуществимо и что относится к области несбыточного.

Признаюсь, не без волнения приступаю я к техническому разбору пленительных повестей симпатичнейшего из романистов. За полвека, протекшие со времени появления (1865 г.) этих увлекательных произведений, увенчанных французской академией, они успели стать любимым чтением молодежи всех стран. В годы моей юности они впервые зажгли во мне живой интерес к „царице наук" – астрономии; не сомневаюсь, что тем же обязаны им и многие тысячи других читателей. И если все же я решаюсь теперь вонзить анатомический нож в поэтическое создание романиста, то совесть мою успокаивает мысль, что я лишь следую примеру известного физика Шарля Гильома [12]12
  См. его „Initiation à la Mécanique" в 1922 г. вышел в Гос. Изд. перевод под заглавием „Введение в механику".


[Закрыть], даровитого соотечественника Жюля Верна.

Научное и ненаучное воображение

Вы имеете совершенно превратное представление о науке, если думаете, что она безжалостно подсекает крылья воображения и обрекает нас пресмыкаться в прозе и обыденности видимой действительности. Бесплодной Сахарой было бы поле научных исследований, если бы ученые не прибегали к услугам воображения, не умели отвлекаться от мира видимого, чтобы создавать мысленные, неосязаемые образы. Ни одного шага не делает наука без воображения; она постоянно питается плодами фантазии, но фантазии научной, рисующей воображаемые образы со всею возможною отчетливостью.

Научный разбор романа Жюля Верна не есть поэтому столкновение действительности с фантазией. Нет, это соперничество двух родов воображения – научного и ненаучного. И победа остается на стороне науки вовсе не потому, что романист слишком много фантазировал. Напротив, он фантазировал недостаточно, он не достроил до конца своих мысленных образов. Созданная им воображаемая картина межпланетного путешествия страдает неполнотой, недоделанностью. Нам придется восполнить эти недостающие подробности, и не наша вина, если упущенные детали существенно изменяют всю картину.

Надо ли пересказывать содержание романа, который у всех в памяти? Напомню лишь вкратце, словами самого Жюля Верна, главнейшие из интересующих нас обстоятельств.

Проект Жюля Верна

„В 186… году весь мир был в высшей степени взволнован одним научным опытом, первым и совершенно оргинальным в летописях науки. Члены Пушечного Клуба, основанного артиллеристами в Балтиморе после американской войны, вздумали вступить в сношение, с Луной, – да, с Луной, – послав на нее ядро. Их председатель, Барбикен, инициатор предприятия, посоветовавшись по этому поводу с астрономами Кэмбриджской [в Сев. Америке] обсерватории, принял все необходимые меры, чтобы обеспечить это необыкновенное предприятие.

„Согласно указаниям, данным членами обсерватории, пушка, из которой будет сделан выстрел, должна быть установлена в стране, расположенной между 0° и 28° северной или южной широты, чтобы можно было навести ее на Луну в зените. Ядру должна быть дана первоначальная скорость в 16 тысяч метров в секунду. Выпущенное 1-го декабря в десять часов сорок шесть минут сорок секунд вечера, оно должно достичь Луны через четыре дня после своего отправления, 5-го декабря ровно в полночь, в тот самый момент, когда она будет находиться в своем перигее, т.-е. в ближайшем расстоянии от Земли.

„Решено было, что: 1) ядро будет представлять собою алюминиевую гранату, диаметром в 108 дюймов, со стенками толщиною в двенадцать дюймов, и будет весить девятнадцать тысяч двести сорок фунтов; 2) пушка будет чугунная, длиною в девятьсот футов, и будет вылита прямо в земле; 3) на заряд будет взято четыреста тысяч фунтов пироксилина, который, развив под ядром шесть миллиардов литров газа, легко добросит его до ночного светила.

„Когда эти вопросы были разрешены, председатель клуба, Барбикен, выбрал место, где после чудовищной работы и была вполне успешно отлита эта колумбиада [пушка].

„В таком положении находились дела, когда случилось событие, во сто раз увеличившее интерес, возбужденный этим великим предприятием.

„Один француз, фантаст-парижанин, умный и отважный артист, попросил запереть его в ядро, так как он хочет попасть на Луну и познакомиться с земным спутником. "Он помирил председателя Барбикена с его смертельным врагом, капитаном Николем, и в залог этого примирения уговорил их отправиться вместе с ним в ядре. Предложение было принято. Изменили форму ядра. Теперь оно стало цилиндро-коническим. Этот род воздушного вагона снабдили сильными пружинами и легко разбивающимися перегородками, которые должны были ослабить силу толчка при выстреле. Захватили съестных припасов на год, воды на несколько месяцев, газа на несколько дней. Особый автоматический аппарат изготовлял и доставлял воздух, необходимый для дыхания трем путешественникам.

„1-го декабря в назначенный час, в присутствии необычайного скопления зрителей, начался полет, – и в первый раз три человеческих существа, покинув земной шар, понеслись в межпланетные пространства с полной уверенностью, что достигнут своей цели".

Можно ли перебросить ядро на Луну

Первый вопрос, который нам предстоит обсудить – это, конечно, вопрос о том, насколько допустима самая идея закинуть пушечное ядро на Луну. Многим кажется совершенно нелепой мысль о возможности бросить тело с такою скоростью, которая навсегда унесла бы его с Земли. Большинство людей привыкло думать, что всякое брошенное тело непременно должно упасть обратно. Таким людям фантастическая идея Жюля Верна о посылке ядра на Луну представляется совершенно беспочвенной. Мыслимо ли, в самом деле, сообщить земному телу такую скорость, чтобы оно не упало обратно на Землю, а безвозвратно покинуло бы нашу планету? Механика дает нам на этот вопрос вполне удовлетворительный ответ.

Предоставим здесь слово великому Ньютону. В своих „Математических началах физики", этом фундаменте величественного здания современной астрономии, он писал:

Пушка, стреляющая с воображаемой горы.

„Брошенный камень под действием тяжести отклоняется от прямолинейного пути и падает на Землю, описывая кривую линию. Если бросить камень с большей скоростью, то он полетит дальше; поэтому может случиться, что он опишет дугу в десять, сто, тысячу миль и, наконец, выйдет за пределы Земли и не вернется на нее больше. Пусть АВF(см. прилаг. рис.) представляет поверхность Земли С– ее центр, а – VD, VE, VF– кривые линии, которые описывает тело, брошенное в горизонтальном направлении с очень высокой горы с все большей и большей скоростью. Мы не принимаем во внимание противодействия атмосферы, т. – е. предполагаем, что она совершенно отсутствует. При меньшей первоначальной скорости тело описывает кривую VD, при большей скорости – кривую VE, при еще большей скорости – кривые VF, VG. Дри еще большей скорости тело обойдет вокруг всей Земли и возвратится к вершине горы, с которой его бросили. Так как при возвращении к исходному пункту скорость тела будет не меньше, чем в начале, то тело будет продолжать двигаться и дальше по той же кривой".

Теперь вам, без сомнения, понятно, что если бы на вершине этой воображаемой Ньютоновой горы помещалась пушка, то извергнутое ею ядро, при известной скорости и при отсутствии атмосферы, никогда не упало бы на Землю, а безостановочно кружилось бы вокруг нашей планеты, на подобие крошечной Луны. Мы можем даже в точности вычислить, какая начальная скорость нужна для такого полета ядра. Вычисление это настолько просто и результат настолько любопытен, что читатели, конечно, не откажутся произвести его сейчас вместе со мною.